23.1. Фотопроводимость полупроводников
23.2. Люминесценция твердых тел
1. Электрическая проводимость полупроводников, возбужденная электромагнитным излучением, называется фотопроводимостью. Фотопроводимость обусловлена внутренним фотоэффектом. В полупроводнике (или даэлектрике) под влиянием света образуются дополнительные неравновесные носители тока. Общая удельная электрическая проводимость полупроводника:
γ = γ0 + γф, (23.1)
где γ0 - темновая удельная электрическая проводимость; γф - удельная электрическая фотопроводимость.
Нa рисунке 23.1, α показана схема образования элек трона фото-проводимости и дырки у собственного
Рис. 23.1 Рис. 23.2
беспримесного полупроводника. Фотон с энергией hν, равной или большей ширины запрещенной зоны ∆W0(hν ≥∆W0), переводит электрон из валентной зоны в зону проводимости. При этом образуется пара электрон в зоне проводимости и дырка в валентной зоне. Они участвуют в создании собственной фотопроводимости полупроводника. Удельная электрическая проводимость
γф = en0c [uэ(τэ) + (uд(τд)]. (23.2)
Здесь n0c - число пар неравновесных носителей - электронов и дырок, генерируемых светом в единице объема полупроводника за 1 с; (τэ) и (τд) - средние времена жизни этих носителей. На рис. 23.1, б, в показано, как создаются носители тока под действием света в примесных донорных (б) и акцепторных (в) полупроводниках. В этих случаях фотон с энергией hν, не меньшей энергии активации примесной проводимости, либо переводит электрон с донорного уровня в зону проводимости, либо из валентной зоны переводит электрон на акцепторный вакантный примесный уровень.
2. Требование к энергии фотона hν>∆W, где ∆W - энергия активации соответствующей проводимости, означает, что существует красная граница внутреннего фотоэффекта, которая определяется из условия hνкp - ∆ W. Переходя от частоты к длине волны, получим
λкр = hс/∆W. (23.3)
Для собственной фотопроводимости полупроводника при ∆W = 2 эВ λкр = = 600 нм. Это соответствует желтому свету. Видимый и ультрафиолетовый свет может вызвать фотопроводимость не только полупроводников, но и диэлектриков, у которых ∆W > 2 эВ. У примесных полупроводников энергия активации проводимости ∆W~0,01-0,1эВ и λкр~10-5-10-4 м, что соответствует инфракрасной области спектра.
Зависимость фотопроводимости полупроводников от освещенности используется в фоторезисторах (фотосопротивлениях). На рис. 23.2 показана схема одного из типов фотосопротивления. Тонкий полупроводниковый слой 2 наносится на изолирующую подложку 1. С помощью металлических электродов 3 фотосопротивление включается в цепь. Защитное лаковое перекрытие 4 предохраняет прибор от внешних воздействий. Характеристикой фотосопротивления является его световая чувствительность dI/dФ (мА/лм) - изменение силы тока при изменении светового потока на 1 лм. У фотосопротивлений световая чувствительность выше, чем у вакуумных фотоэлементов, основанных на внешнем фотоэффекте. Например, у фоторезистора CdSe световая чувствительность ~1200 мА/лм; она в 105 раз больше, чем у вакуумных фотоэлементов.
ЛЕКЦИЯ 24. КОНТАКТ ЭЛЕКТРОННОГО И
ДЫРОЧНОГО ПОЛУПРОВОДНИКОВ.
P-N- ПЕРЕХОД. ТРАНЗИСТОРЫ